变电站钢结构防腐蚀设计及其应用研究

中铁一局集团电务工程有限公司，陕西 西安 710038

如今人们对电能的需求越来越大，变电站作为电力系统输送的重要环节，变电站工程建设和日常管理的重要性也越来越突出。目前，我国的变电站大部分都建设在自然环境中，常年受到风雨雷电等恶劣气象的影响，这对变电站钢结构的防腐性提出了较高的要求。钢结构的腐蚀问题必须引起重视，选择适当的防腐蚀措施对保证钢结构安全、减少变电站新的运行维护成本具有重要意义。文章根据我国就稳定变电站运行和生命周期持续化提出的标准政策，探讨变电站设计中钢结构防腐蚀措施，以节约环保为基本原则，旨在进一步降低成本，提高防腐蚀质量。

1 钢结构腐蚀的原理

钢结构产生腐蚀需满足四个条件，即阴极、阳极、金属接触氧气、电解质。若上述四个条件均已形成并满足，则该钢结构将出现生锈腐蚀的情况。其主要原因是钢结构在阳极这一部分中的铁在电子释放出来时，就变成了铁离子，而在阴极上，由于水中溶解的氧可对其阳极产生OH-，被吸收，这样电子就会从阳极向阴极流动，从而产生电流，使其具有腐蚀性，那么钢结构的表面也会形成一层氢氧化铁薄膜，从而造成钢结构发生腐蚀。

2 变电站钢结构防腐蚀的设计

相关的调查数据显示，我国钢结构腐蚀造成经济损失已经达到2000亿元/年以上，而且钢材的损失也已经达到1000万t/年。这反映了腐蚀会对钢结构造成严重破坏，不仅会影响建筑工程中钢结构的使用寿命，还会让我国防腐工程的经济投入不断增加，同时也表明变电站的钢结构防腐设计至关重要。

2.1 变电站钢结构防腐蚀的要求

从长效性方面来看，我国大部分变电站都建立在户外，而且支撑变电站的一些架构都是常年在电力运行的基础上所构建的，要对其进行检查和维修非常困难，导致钢结构出现的问题很难被及时察觉。因此，在进行变电站钢结构的防腐设计时需要保证其具有长效性。

从适应性方面来看，钢结构的支架结构由于基本在户外，经常会受到风吹日晒和雷击雨淋，这些自然气候条件会对钢结构产生一定的负面影响。因此，在进行钢结构防腐蚀方案设计时，要基于支架所处的环境与气候等因素综合考虑，保证方案具备较强的适应性。

从防变形方面来看，变电站工程中的很多结构都需要利用螺丝和焊接实现加固与连接，进行防腐蚀施工就非常容易出现变形的现象，进而影响变电站的安全性。基于此，变电站的钢结构防腐方案必须考虑对其他结构是否会造成影响，然后将环保、节能、成本以及使用时间这几个方面作为出发点进行考虑，使设计出的防腐方案更科学、合理。

2.2 钢结构常用的防腐措施和原理

（1）涂抹锌粉法。这种方法是在钢结构表面涂抹锌粉，利用锌对钢结构实施保护。

（2）隔绝防护法。这种方法是在钢结构表面涂抹一些防腐蚀的薄膜，使得外界的氧气无法与钢结构接触，以避免钢结构出现腐蚀的情况，从而实现有效的保护。

（3）缓蚀防护法。这种方法是在对钢结构表面涂抹材料时选用一些能够缓解腐蚀速度的原材料，它也能够使钢结构表面生成一个保护层，从而减少潮湿的环境或者避免氧气渗透，进而延长钢结构的寿命。

2.3 防腐方法的综合描述

从目前的实际情况来看，钢结构中最为常用的防腐法有金属覆盖层防腐法、有机涂层防腐法、无机非金属涂层防腐法三种。有机涂层防腐法是利用表面土层对钢结构实施保护，可保证钢结构的抗腐蚀效果支撑5～10年，若在涂刷时出现不合理的情况，则会导致保护层非常薄弱，有可能1～2年就会消失，故钢结构会出现锈蚀的情况。一般情况下，变电站钢结构的使用寿命约为50年，为保证变电站的稳定运行，尽量不要进行断电检修。涂抹保护层的方法虽然比较可观，但当保护层消失时需要再次涂抹，这时整个变电站都需要断电，这是有机涂层防腐法的缺点。无机非金属涂层防腐法可以提高钢结构的耐腐蚀能力，在抗高温和绝缘等性能上具有相应的优势，但是这种防腐法的柔韧性不强，易受腐蚀，因此在变电站钢结构的防腐工作中往往受到许多方面的限制，但经过防腐涂料的研究和使用，这种现状发生了很大的变化。从实际调研资料来看，金属包覆这一方法一般采用热镀锌和热喷锌来实现防腐效果，但在某些变电所支架钢结构的防腐中，热镀锌的应用范围更为广泛。如今，我国科学技术逐步完善，冷喷锌技术已在国内外推广应用，我国也积极地对这种防腐法进行了试验验证，并逐步推广到各个变电站的钢结构防腐工作中。

3 变电站钢结构防腐设计的具体应用

3.1 钢结构表面处理

在对变电站钢结构实施防腐工作之前，需要先对其表面层进行清理。这主要是因为变电站的一些支架钢结构暴露在自然环境中，经过风吹日晒，上面时常会有一些灰土或者是锈迹等残留物，这些残留物会对钢结构的防腐工作造成不利的影响。因此，不论是实施重防腐涂装还是热镀锌和冷喷锌，都要先将钢结构表面的杂质清除干净。在实际清除时，工作人员需要将钢结构的表面作为工作出发点，仔细并全面地清理，以确保钢结构的表面没有任何附带的杂质存在，也没有酸碱、氧化物以及锈迹等污渍。另外，必须保证钢结构中的各组成构件之间有一定粗糙度，这主要是为了保证在涂抹一些防腐材料时不会出现脱落的现象，从而确保工作的有效性。对变电站钢结构实施防腐措施，保护效果时效长，尤其是重防腐保护效果最长可持续15年，后期可不必投入人力、物力及资金进行检查和后续维护。

3.2 重防腐涂装

在进行涂抹工作之前，需测量钢结构表面的温度，超过限定温度就不能继续施工。在进行重防腐涂料涂抹时，须全面了解钢结构表面的实际情况、周围的环境以及钢板的温度等，遇到下雨、下雪或空气中的湿度达到85%时，不建议进行重防腐涂装工作。另外，在施工的具体操作中，尽可能拉近喷头和钢结构表面的距离，这主要是为了保证喷剂不会被浪费以及在接触时干掉，从而确保防腐涂抹工作的有效性。

除此之外，可利用相关工艺方法将一种或多种金属固定在一些基体中，以形成一个几十或者几百微米的金属覆盖层。钢结构所使用的金属覆盖层大多都是锌合金，虽然铝的耐腐蚀性要比锌强很多，但当时铝覆盖层的工艺性能却不及锌覆盖层，尤其是在喷涂层厚度比较大的前提下，铝的韧性和其他基体的结合性相对较差，因此在工程中金属覆盖层对铝的利用不多。

3.3 热镀锌和冷喷锌

比较热镀锌和冷喷锌这两种防腐法可知，热镀锌是利用金属中的高温融化与雾化条件下在钢结构的表面形成一种金属保护层，以此发挥防腐作用，而且在实际工作中基本上都是将钢结构的部件浸入金属锌的热熔溶液中，这样一来钢结构的表面就会被金属锌覆盖，从而达到防腐效果。冷喷锌则是利用涂抹的手段将钢结构表面涂抹上锌离子，以此形成一个保护层，牺牲阳极保护阴极，这样的化学反应对于保护钢结构有着非常明显的成效。同时，在锌盾形成以后，钢结构的表面的锌含量可高达95%左右。分析施工的难度发现，冷喷锌比热镀锌方法简单，从环保的角度上来看冷喷锌更加环保与节能，而且成本也相对较低，因此冷喷锌相对更实用。

4 结束语

综上所述，变电站在我国电力供应方面取得了明显的成效，但是其在日常运行中因长期暴露于自然环境中，难免会生成腐蚀效果，因此如何有效提高防腐效果成为变电站的首要任务。为此，文章从不同的防腐工作原理上展开分析，然后进一步对一些注意事项进行阐述，旨在提高变电站钢结构的稳定性和持久性，从而保障变电站的持续电力输出。